基于準分布式應變反應大跨斜拉橋損傷識別研究.pdf

1、近年來，準分布式傳感技術發(fā)展迅速，在大跨橋梁結構健康監(jiān)測領域具有廣泛的應用前景。但目前缺乏與此相適應的損傷識別技術。基于此，本文吸承現(xiàn)有損傷識別方法的優(yōu)點，改進其缺點，結合近幾年新興的準分布式（密集型測量）測試技術，發(fā)展了多種基于準分布式應變數(shù)據(jù)的損傷識別指標，主要包括基于準分布式應變模態(tài)的損傷識別方法和基于準分布式應變響應能量法的損傷識別方法兩大類，其優(yōu)勢在于通過直接采用結構各部位的準分布式應變數(shù)據(jù)，精準地掌握結構的整體和局部動力特性

2、，明顯地提高損傷指標對結構的損傷識別能力。本文所展開的主要工作和研究內(nèi)容如下:
　　 1.從多自由度動力方程出發(fā)，推導了大跨斜拉橋主梁準分布式應變響應的頻域表達式，得到其準分布式應變傳遞函數(shù)，進而提出“準分布式應變模態(tài)”概念。通過對大跨斜拉橋結構的模態(tài)分析，驗證位移模態(tài)與準分布式應變模態(tài)的一致性。并基于斜拉橋不同機構的損傷狀況，利用準分布式應變模態(tài)，對其損傷識別效果進行了敏感性分析。
　　 2.分析了準分布式應變傳遞函數(shù)

3、和位移傳遞函數(shù)的關系，結合隨機振動功率譜譜密度理論和試驗模態(tài)理論，開發(fā)了準分布式應變模態(tài)參數(shù)的新辨識方法。并通過處于隨機環(huán)境激勵作用下大跨斜拉橋進行了模態(tài)辨識。其結果表明，識別出的振型不依賴于外部激勵的形式、大小等條件，能全面準確地反映結構內(nèi)在動力稟性，且空間局部性強。
　　 3.逐一分析了影響應變模態(tài)差損傷指標MSD識別效果的各種因素，通過對橋梁在不同測試環(huán)境條件下的多次辨識，提出了基于準分布式應變模態(tài)殘差趨勢的損傷識別策略。

4、最大程度上降低了隨機環(huán)境激勵、模態(tài)歸一化點位置選取、單元損傷程度以及噪聲干擾水平等因素對MSD識別效果的不利影響。有效地彌補了因傳統(tǒng)模態(tài)差損傷指標魯棒性較差引起的對結構初期微損傷辨識能力較弱的缺陷。
　　 4.引入應變傳遞函數(shù)能量譜和相對應變比能的概念，提出了基于準分布式應變響應的能量法損傷識別策略，包括能量差(ED)和相對能量變化比(RSE)損傷指標以及求解結構單元損傷度的方法。數(shù)值算例驗算表明，能量法損傷指標具有很好的損傷量

5、化能力以及抗噪聲污染能力。對于結構中等損傷和小損傷，通過任一指標都能較為準確辨識;對于初期微損傷，通過綜合兩種指標進行識別，更能有效地減少損傷誤判和損傷湮沒現(xiàn)象，對結構起到一定損傷預警作用。
　　 本文的創(chuàng)新之處在于:
　　 1.所提出的基于準分布式應變模態(tài)殘差趨勢的損傷識別策略很好地解決了傳統(tǒng)模態(tài)法損傷指標損傷識別效果不穩(wěn)定、對結構早期輕微損傷不敏感的缺陷，有效地降低了各種隨機干擾對損傷識別過程的不利影響。